Tilfældigheder og charme banede vejen for dansk støv-opdagelse
Nyt danskledet studie af støv i universet vækker både begejstring og skepsis. Læs hvordan tilfældigheder og pres på NASA gjorde studiet muligt.

Det smukke zodiakallys - som vist på billedet - opstår lige før solopgang eller lige efter solnedgang. Lyset skyldes støv i rummet. Men hvorfra kommer støvet? Nyt dansk studie har et kontroversielt svar. (Foto: Willi Winzig)

Det smukke zodiakallys - som vist på billedet - opstår lige før solopgang eller lige efter solnedgang. Lyset skyldes støv i rummet. Men hvorfra kommer støvet? Nyt dansk studie har et kontroversielt svar. (Foto: Willi Winzig)

En februardag i 2013 sker der pludselig noget i kontrolrummet på DTU Space i Lyngby.

Forskerne har kontakt til rumsonden Juno, som er i gang med en fem år lang rejse ud mod planeten Jupiter.

Med på rejsen er et kamera bygget af forskerne i Lyngby, som igennem længere tid har været på udkig efter små, uopdagede asteroider – desværre uden held.

Til forskernes skuffelse virker det mørke rum, som Juno flyver igennem, lidt kedeligt og tomt.

»I lang tid er der ikke sket noget som helst. Ingenting. Jeg begynder at tænke; gad vide om udstyret virker,« husker professor John Leif Jørgensen, som har stået i spidsen for udvikling af kameraudstyret på Juno.

Men pludselig er det altså begyndt at bippe løs i kontrolrummet. Det danskbyggede kamera har fanget billeder af nogle ukendte objekter i rummet. Det ser ud til at vrimle med dem. Hvad i alverden sker der?

»Det vælter ind med målinger, men de virker alle sammen forkerte. Så mange objekter kan der på ingen måde være. Er det os, der er galt på den? Vi river os i håret. Hvad i alverden er det, vi ser?« fortæller John Leif Jørgensen, som er professor og forskningsleder på DTU Space ved Danmarks Tekniske Universitet.

Juno

Juno er et ubemandet rumfartøj, som i øjeblikket svæver rundt om planeten Jupiter.

Missionen hører under den amerikanske rumfartsorganisation NASA.

Juno blev opsendt i 2011 og ankom til Jupiter i 2016.

Charmerer NASA

Kameraet, som har fanget de ukendte objekter, er et såkaldt stjernekamera – en type kamera, som normalt bruges af rumfartøjer, når de skal navigere og finde vej.

Almindeligvis bruger fartøjet tre stjernekameraer, som peger i hver sin retning, for at kunne orientere sig i det tomme rum.

»Men for en sikkerheds skyld monterer man altid fire kameraer i alt for at have en backup, hvis det ene kamera pludselig skulle gå i stykker. Derfor var der også et kamera til overs på Juno, som ikke blev brugt,« forklarer Anja C. Andersen, som er medforfatter på det nye studie, der beskriver fundet fra Juno.

Det tiloversblevne stjernekamera på Juno skulle egentlig bare være slukket under den lange rejse ud til Jupiter. Men professor John Leif Jørgensen drømte om at få lov at tænde kameraet og udnytte det til at lede efter asteroider og småsten i rummet.

I begyndelsen var den amerikanske rumfartsorganisation NASA afvisende over for hans ide. Det første halve års rumrejse var kameraet slukket, men John Leif Jørgensen blev ved med at lægge pres på den amerikanske mastodont.

»Det er ikke nogen nem opgave at overtale NASA. Kameraet vil bruge strøm, og det udgør en ekstra risikofaktor for en mission til milliarder af kroner. Men det lykkedes for John at få charmeret NASA, så de til sidst godt kunne se, at der kunne være spændende videnskab i at have et af stjernekameraerne til at stirre i den ene retning undervejs på rejsen til Jupiter,« fortæller Anja C. Andersen, som er professor i astrofysik ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

Rumsonden Juno (billedet) flyver i øjeblikket rundt om planeten Jupiter og sender fortryllende billeder tilbage til Jorden. Rejsen ud til Jupiter tog fem år og undervejs gjorde danske forskere en kontroversiel opdagelse (Illustration: NASA)

Kameraet har tidligere lavet pletskud

Et danskbygget kamera står bag opdagelsen af støvet.

Det samme kamera stod også bag en opsigtsvækkende video, som viser Månen i dans om Solen.

Videoen blev hyldet af skuespiller Tom Hanks og blev en af NASA’s mest sete.

Læs mere i artiklen: Danske studerende står bag kæmpe NASA-succes

I vildrede

Forskerne på DTU har programmeret kameraet til at give besked, hvis det spotter objekter, som ikke allerede er identificeret på nattehimlen. De regner ikke med at få særlig mange beskeder.

Langt de fleste objekter i vores nabolag i Solsystemet er for længst kortlagt. Det er svært selv for små asteroider at gemme sig for moderne teknologi.

Men nu bipper kameraet på Juno altså løs. Der bliver ved med at tikke nye målinger ind, som viser objekter, der bevæger sig ind i kamerafeltet i mystiske baner.

Forskerne er i vildrede og holder møde med NASA. På et tidspunkt overvejer de – til deres skræk - om stjernekameraets observationer kan være en brændstoftank ombord på Juno, som er læk.

Først da forskerne sætter sig ned og giver sig til at beregne objekternes størrelse, hastighed og bane, begynder de pludselig at indse, hvad der er tale om. Når de regner på objekternes bane, kan de se, at de alle sammen kommer flyvende fra Junos solpaneler.

»Men hvorfor sender vores solpanel pludselig en byge af partikler afsted? Vi har fløjet gennem rummet i et halvt år i høj hastighed. Det kan ikke længere være rumfartøjet, som ryster støv af sig. Den eneste forklaring, vi kan finde, er, at noget må ramme solpanelet og slå flager løs fra panelet. Og det viser sig også at være forklaringen,« fortæller John Leif Jørgensen.

En byge af støv

Forskerne finder ud af, at Juno flyver igennem en byge af bittesmå støvkorn.

Støvkorn virker måske umiddelbart harmløse, men når de rammer solpanelerne med ekstremt stor hastighed, har de kraft nok til at slå skår løs fra panelerne. Og det er netop disse små skår, som det danske kamera har fanget.

»Vi ser vildt mange af dem. Det er, som om vi flyver igennem en byge af støv,« fortæller John Leif Jørgensen.

Støvbygen vækker i første omgang bekymring for solpanelernes ve og vel. Men John Leif Jørgensen kan også se, at observationerne måske kan udnyttes til forskning. Han ringer til professor Anja C. Andersen, som igennem mange år har forsket i støv i universet.

»John fortæller, at ’der sker noget på Junos solpaneler, som vi ikke er glade for. Men jeg tror måske, at du vil synes, det er interessant’. Så jeg springer op på cyklen og kører ud til Lyngby,« fortæller Anja C. Andersen, som i første omgang er skeptisk over for Junos målinger.

»Det har aldrig været meningen at Juno skulle studere støv i Solsystemet. Men i bagklogskabens klare skær giver det god mening, at de store solpaneler virker som et stort sommerfuglenet, der samler støv op.«

»Det går op for os, at vi står med nogle helt unikke målinger.«

Problemet er bare, at forskernes ’unikke målinger’ på ingen måder stemmer overens med gængse teorier og viden om støv i vores solsystem.

Det støver i rummet

Helt tilbage i 1600-tallet begyndte forskere at teoretisere over, at der måtte være støvet i vores solsystem. Når de kiggede på nattehimlen – lige før solopgang eller solnedgang – kunne de se en svagtlysende glød på himlen, som strakte sig op fra horisonten.

I dag kan du se præcis det samme fænomen, kendt som zodiakallys, og det bliver kort fortalt skabt af støv i rummet.

»Hvis du står omkring solnedgang og ser på nattehimlen kan du se zodiakallyset som en lysende glød. Det er Solens lys, som bliver reflekteret af støvet. Man har kendt til fænomenet i århundreder, og i de sidste 50 år har man diskuteret, hvor støvet stammer fra,« fortæller Anja C. Andersen.

Hun forklarer, at en støvpartikel ikke kan svæve rundt i rummet til evig tid. Den vil blive indfanget af Solens eller planeternes tyngdekraft eller blæse rundt og forsvinde ud af solsystemet. Derfor har man længe været klar over, at der må være en mekanisme, som løbende forsyner Solsystemet med nye mængder af støv.

»Hvis der skal blive ved med at være støv, skal det hele tiden genereres. Ellers er der for mange naturlige processer, som vil gøre rent og fjerne støvet,« forklarer Anja C. Andersen.

Hvor støver det?

Siden 1984 har mere og mere forskning peget på, at støvet i det indre solsystem primært stammer fra kometer og asteroider.

Det kan være støv, som ryger løs fra kometens karakteristiske hale, eller støv, som bliver skabt, når asteroider støder ind i hinanden.

Asteroider og kometer

En asteroide er et fast himmellegeme, som findes i det såkaldte asteroidebælte mellem Jupiter og Mars. En asteroide kan beskrives som et stort klippestykke eller en slags mini-planet.

En komet er et mindre, isfyldt himmellegeme. Kometer er især er kendt for deres karakteristiske hale, som består af gasser, der udsendes, når kometen nærmer sig Solen.

De fleste asteroider befinder sig i det såkaldte asteroidebælte, som er et område mellem Mars og Jupiter.

»Hvis du tidligere havde ringet og spurgt mig, hvor man skulle lede efter støvet, ville jeg ikke have tøvet med at svare, at det befandt sig i asteroidebæltet. Problemet var bare, at det eneste sted, hvor vi ikke fandt noget støv, netop var i asteroidebæltet,« fortæller Anja C. Andersen og fortsætter:

»Hidtil har man ikke haft gode målinger af, hvor støvet egentlig befinder sig. Man kan se med teleskoper fra Jorden, at støvet findes, men man kan ikke sige præcis hvorhenne. Når man kigger ud i rummet, kan man bestemme retningen på noget, men man kan generelt ikke sige, om det ligger foran eller bagved noget andet. Det er altid en fortolkning.«

NASA har produceret en video om den danske opdagelse. Animationerne forklarer, hvordan Juno pludselig endte med at blive en støvmåler. (Video: NASA)

Er det en regnefejl?

Støvet, som slår skår af solpanelerne, befinder sig primært omkring Mars’ bane. I området tæt på Jordens bane finder Juno imidlertid ikke noget støv.

Først når man nærmer sig Mars’s bane begynder støvbygen, og den fortsætter indtil grænsen til asteroidebæltet – et område hvor asteroiderne findes. Herefter bliver der rent og næsten støvfrit igen.

»Men det giver ingen mening for os. For det eneste, som er i nærheden af det støvede område, er Mars. Og vi kan simpelthen ikke forklare, hvordan Mars skal kunne give anledning til støvet,« fortæller John Leif Jørgensen.

Forskerne er mistroiske over for deres egne data. Godt nok er Mars kendt for sine støvstorme. Men ingen kan ikke forklare, hvordan støvet skulle være i stand til at undslippe Mars tyngdekraft og suse ud i rummet. Forskerne er i tvivl. Har de overset noget? Kan der være fejl i deres beregninger?

»Vi var alle sammen enige om, at der måtte være en regnefejl. Så vi sad fire mand høj i fire dage i streg og regnede alt efter, men vi blev ved med at nå frem til samme konklusion. Og til sidst blev vi overbevist,« fortæller Anja C. Andersen.

»Det må simpelthen være Mars, som støver.«

En kontroversiel konklusion, som vækker stor skepsis, som du kan læse i artiklen 'Dansk opdagelse skaber stor debat om støv i Solsystemet'.

Her fandt forskerne støv

Over en femårig periode har Juno i alt detekteret 15.278 nedslag i solpanelerne, som stammer fra støv mellem Jorden og Jupiter.

Størstedelen af støvet befandt sig i et kredsløb om Solen, som begyndte på den anden side af Mars.

Forskernes beregninger indikerer, at kilden til dette støv må befinde sig et sted mellem Jorden (1.02 astronomiske enheder) og efter Mars (2.065 astronomiske enheder)

En astronomisk enhed er afstanden mellem Jorden og Solen; omkring 150 millioner km.

Forskerne tolker deres data sådan, at Mars (eller alternativt Mars’ to måner) må være kilden til det observerede støv – og samtidig også kilden til zodiakallyset, der kan ses som en lysende lød på himlen.

Kritik og jubel

Da Videnskab.dk besøger DTU Space i sommeren 2020, afslører John Leif Jørgensen, at han har »en stor historie på vej, som kommer til at skabe ballade hos NASA og en hel masse forskere.«

Alle analyser af støvpartiklerne er færdige, og et studie er efter NASA’s ønske sendt afsted til et af verdens mest prestigefyldte videnskabelige tidsskrifter; Science.

Historien er lige på trapperne, lyder det. Studiet er blevet sendt i peer review; en proces, hvor uafhængige eksperter tjekker studier efter i sømmene.

»Da vi får svar tilbage, er den ene peer reviewer ellevild med studiet og kalder det banebrydende. Men den anden peer reviewer er ekstremt skeptisk. Studiet kan slet ikke bruges, og det går imod al gængs viden. Redaktøren på Science sender studiet videre til en tredje reviewer, som også er skeptisk,« fortæller John Leif Jørgensen.

»Det begynder at gå op for os, at vi har trådt 10.000 forskere meget grundigt over tæerne og sagt, at alt, hvad de har lavet siden 1980’erne, er helt forkert.«

Til sidst bliver studiet afvist af Science, og nogenlunde samme historie udspiller sig hos det næste tidsskrift, som også ender med at afvise studiet. Men i tredje forsøg og efter en række justeringer ender studiet med at gå igennem hos det videnskabelige tidsskrift Journal of Geophysical Research.

»Alle tre steder får vi samme medfart. Nogle reviewere er jublende glade; andre er dybt skeptiske. Men der er aldrig nogen, som anfægter vores data – kun vores konklusioner, fordi de er i modstrid med gængse teorier og modeller. Det er en møjsommelig proces, men det er heldigvis sådan god videnskab fungerer. Man får kritik, og så må man svare sagligt på den og justere, når det er nødvendigt.«

Mangler tidsskrifterne mod?

Hos professor Martin Bizzarro vækker det genkendelse, at kan være svært at bryde igennem hos de store videnskabelige tidsskrifter som Science og Nature, når man kommer frem til resultater, som går imod den gængse forskning.

»Deres studie er kontroversielt, fordi det går imod den generelle opfattelse af støv i Solsystemet. Samtidig har de ikke nogen forklaring på, hvordan Mars kan være ophav til støvet. De har ingen mekanisme, som kan forklare det, og derfor er det helt naturligt, at det vækker skepsis,« siger Martin Bizzarro, som er professor ved Center for Stjerne- og Planetdannelse ved Globeinstituttet på Københavns Universitet og ikke har været en del af det nye studie.

»Omvendt har de nogle helt unikke data, som kan have kæmpe betydning for både forskning i Solsystemet og for, hvordan man skal designe rumfartøjer for at undgå skader fra støv. Nogle gange kunne man godt ønske sig, at de store tidsskrifter havde mere mod til at publicere kontroversielle studier, som kan skabe debat og inspirere andre.«

For en af de kritiske røster er der imidlertid god grund til, at de store tidsskrifter valgte at afvise det danskledede studie.

»På baggrund af, hvad der er publiceret, kan jeg ikke tage ideen om, at zodiakale støvbånd (strukturer i zodiakallyset, red.) stammer fra Mars, særlig seriøst,« siger Michael Rowan-Robinson, som er professor emeritus ved Imperial College London og har forsket i støv og zodiakallys igennem en årrække.

Vejen er banet

Generelt er det da også en god ide at være ekstra kritisk overfor et studie, som står alene og peger i en hel anden retning end den øvrige forskning. Det er ekstremt sjældent, at et enkelt studie kan vælte årtiers forskning af pinden.

Derfor lyder et råd i Videnskab.dk’s Manifest – en guide til at blive en kritisk læser af historier om forskning – da også, at du altid skal være ekstra skeptisk, når et nyt studie står alene med sin påstand.

Om kritikerne eller de danske forskere har fat i den lange ende, bliver formentlig ikke afgjort lige foreløbig.

Til gengæld har studiet formentlig banet vejen for at andre missioner kan se ideen i at bruge solpaneler som støvfangere og få afgjort striden om, hvorfor og hvem der støver i vores solsystem.

 
Hvad var det, forskerne så?

Her er et eksempel på et billede, som forskerne fik tilsendt fra Junos stjernekamera. Ikke så mærkeligt at forskerne i første omgang havde svært ved at tyde billedet. (Foto: Udlånt af DTU)

Hvordan ser et fragment fra Junos solpaneler ud, når det bliver fanget på det danskbyggede kamera? 

På billedet herover kan du se et eksempel. Og det viser meget godt, hvorfor forskerne var forvirrede over de billeder, som de modtog, for det er ikke så pærenemt at tyde fotoet.

For det første er det kun den lille firkant i centrum af billedet, som reelt viser, hvad kameraet har fanget. Det skyldes, at NASA er nødt til at spare på hvilke data, som sendes frem og tilbage til rumsonden.

»Vi har naturligvis ikke båndbredde til at sende alle data hjem, så NASA har kun givet os lov til at sende data i et lille område omkring selve detektionen (hvorfor resten af billedet er sort), samt data om selve detektionen (indført med grøn tekst),« skriver professor John Leif Jørgensen som forklaring til billedet.

Men hvis du zoomer ind på stedet, som er indrammet af en cirkel, kan du ane en svag antydning af et objekt.

Ekstra billedforklaring til nørderne:

Teksten ID er et fortløbende nummer, som systemet giver hvert eneste objekt, som spores. 'Hist' er billednummeret i serien af billeder af objektet med  samme ID.

'AngVel' står for 'angular velocity' og handler om objektets hastighed og vinkel (for nørder er det ifølge John Leif Jørgensen den 'tilsyneladende tangentielle hastighed af objektet (her ca. 14400 arcsec pr sekund).

"RA" og "Dec" handler om, hvor objetet befinder sig - det er de tilsyneladende koordinater på himmelhvælvet.

"X" og "Y" er positionen i kameraets - koordinaterne er i pixels.


"In" er den lineare intensitet af objektet - her 2500 ~ Mv 5 visuel størrelsesklasse. 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.



Annonce:

Det sker